Baterie i akumulatory NMC » Technologia niklowo-manganowo-kobaltowa
Akumulatory NMC lub baterie NMC, jak są obecnie coraz częściej nazywane, należą do dużej rodziny akumulatorów litowych. Skrót NMC oznacza nikiel, mangan i kobalt, dlatego specjaliści określają je również jako akumulatory litowo-niklowo-manganowo-kobaltowe. Nazwa pochodzi od materiału użytego na biegunie dodatnim, gdzie stosuje się tlenki litu, niklu, manganu i kobaltu w różnych proporcjach.
W zależności od składu tlenku, pojemność i wydajność, ale także cena, mogą się znacznie różnić. Oznacza to, że akumulatory NMC można optymalnie skonfigurować pod kątem zamierzonego zastosowania, wybierając odpowiedni materiał elektrody podczas produkcji.
Struktura akumulatora NMC odpowiada strukturze klasycznego ogniwa litowo-jonowego z anodą, katodą, separatorem i elektrolitem. W razie potrzeby możesz przeczytać o dokładnej strukturze ogniwa litowo-jonowego w naszym przewodniku po akumulatorach litowych.
Jedyną różnicą w porównaniu do akumulatora litowo-kobaltowego przedstawionego w poradniku jest budowa elektrody dodatniej. W akumulatorach NMC stosuje się mieszaninę tlenku litu, niklu, manganu i kobaltu. Skład elektrody może się różnić w zależności od zastosowanej technologii:
NMC 333 – akumulator litowo-jonowy, w którym nikiel, mangan i kobalt występują w równych proporcjach po 33,33%.
NMC 622 – akumulator litowo-jonowy zawierający 60% niklu, 20% manganu i 20% kobaltu.
NMC 811 – akumulator litowo-jonowy z 80% niklu, 10% manganu i 10% kobaltu.
Kobalt i tlenek kobaltu są stosunkowo drogie. Wydobycie, szczególnie w Demokratycznej Republice Konga, często odbywa się nielegalnie, bez uwzględnienia kwestii społecznych, zdrowotnych, pracowniczych i ekologicznych. Producenci NMC-akumulatorów dążą do minimalizacji udziału kobaltu, jednocześnie zwiększając pojemność, moc oraz konkurencyjność swoich produktów.
Podobnie jak konstrukcja, sposób działania baterii NMC jest identyczny z innymi bateriami z serii litowo-jonowej.
Proces ładowania
Podczas procesu ładowania napięcie ładujące pobiera elektrony z dodatniej elektrody akumulatora i oddaje je do dyspozycji elektrody ujemnej. W rezultacie jony litu są uwalniane z dodatniego bieguna i migrują przez elektrolit i separator do bieguna ujemnego. Tam każdy z nich pobiera elektron i odkłada się w warstwie grafitu. Energia procesu ładowania wiąże więc bardzo dużą liczbę elektronów z elektrodą ujemną.
Proces rozładowywania
Aby rozładować akumulator, wystarczy utworzyć zewnętrzny obwód z odbiornikiem. Gdy tylko obwód zostanie zamknięty, lit uwalnia wcześniej zaabsorbowany elektron. Następnie przemieszcza się on jako jon litu przez separator z powrotem do elektrody dodatniej. Elektrony uwolnione na elektrodzie ujemnej również przepływają przez obwód zewnętrzny do dodatniego bieguna, gdzie umożliwiają wchłonięcie jonu litu do tlenku.
Akumulatory NMC oferują bardzo wysoką energię właściwą i długą żywotność przy prawidłowym użytkowaniu i konserwacji. Dlatego też ogniwa te są często wykorzystywane w wielu różnych zastosowaniach, w których wydajność jest najważniejsza.
Prawdopodobnie najważniejszym głównym obszarem zastosowań jest elektromobilność.
Baterie z technologią NMC są najczęściej wykorzystywane przez przemysł motoryzacyjny na całym świecie w samochodach elektrycznych. Tylko amerykański producent Tesla coraz częściej polega na akumulatorach NCA lub LFP w swoich pojazdach elektrycznych.
Nawet w przypadku prostych pojazdów elektrycznych, takich jak rowery elektryczne lub skutery, preferowanym wyborem są akumulatory NMC.
Jednak baterie NMC są również coraz częściej stosowane w małych urządzeniach elektronicznych, takich jak smartfony i notebooki, i obecnie prawie całkowicie zastąpiły wcześniej używane baterie litowo-kobaltowo-tlenkowe ze względu na ich wysoką gęstość energii.
Jak rozpoznać, że jest to akumulator NMC?
Producenci często piszą tylko Li-Ion na tabliczce znamionowej akumulatora litowo-jonowego i niestety nie podają żadnych informacji dotyczących zastosowanej technologii. Informacje dotyczące napięcia ogniwa również nie są w tym przypadku pomocne, dlatego w razie potrzeby należy je sprawdzić w dokumentacji technicznej akumulatora lub odpowiedniego urządzenia. W razie wątpliwości należy zapytać producenta.
Czego należy przestrzegać podczas korzystania z akumulatorów NMC?
Podczas obsługi akumulatorów należy zawsze przestrzegać instrukcji bezpieczeństwa określonych przez producenta. Uwzględnia to również fakt, że baterie litowe muszą być zawsze ładowane za pomocą ładowarki przeznaczonej do tego celu. Proces ładowania musi być monitorowany przez osobę korzystającą z urządzenia. Przy prawidłowym użytkowaniu akumulatory litowe są bardzo bezpiecznymi urządzeniami magazynującymi energię o wysokiej gęstości i długiej żywotności. Jednak w przypadku przeładowania lub uszkodzenia mechanicznego istnieje ryzyko zapalenia się baterii. Eksperci określają ten efekt jako reakcję termiczną lub reakcję termoelektryczną.
Jaka przyszłość czeka akumulatory NMC?
Różne firmy intensywnie pracują nad zwiększeniem wydajności i żywotności akumulatorów. Szczególnie w dziedzinie elektromobilności żywotność akumulatorów jest decydującym kryterium przy zakupie pojazdów elektrycznych.